CN219074646U - 一种激光与成像同轴聚焦的成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工设备技术领域，公开了一种激光与成像同轴聚焦的成像系统。本实用新型包括第一光源模块、激光模块、成像聚焦模块、第一分光片、第二分光片、激光聚焦模块及载物台；第一分光片设于第一光源光路上；第二分光片设于激光光路上；激光聚焦模块输入光路的延伸方向与第二分光片反射光路的延伸方向相同；载物台位于激光聚焦模块的输出光路上。本实用新型配合第一分光板和第二分光板，可以将第一光源模块的第一光源光路、激光模块的激光光路和成像聚焦模块的成像光路实现同轴传输，本实用新型能够实现同时激光加工与成像采集，可以有效地提升了样品的加工效率。

Description

一种激光与成像同轴聚焦的成像系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工设备技术领域，特别是一种激光与成像同轴聚焦的成像系统。

背景技术

现有的激光设备中，如果需要成像系统(即相机采集画面的功能)，大部分均使用旁轴系统，即相机采集画面的部分作为独立系统与激光的光学传播分开，再使用软件的平台补正功能，在同一个位置采集画面后进行激光加工，例如，某一个点A的画面采集时坐标为(X1,Y1)，在软件中形成记录后，机械设计上，采集画面的中心A 与激光的中心B会有一个固定的距离(X2,Y2)，那么在移动A点到激光加工镜头的中心时，需要移动到B点的坐标就是(X1+X2，Y1+Y2)，这对于移动的精度要求是很高的，加工后还需要再次移动回A点查看加工效果，则加工时间较长，影响加工效率。同时因为加工过程中需要来回移动，则会对旁轴系统的加工位置精度造成影响，降低了加工质量。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种激光与成像同轴聚焦的成像系统，能够提升加工效率和加工精度。

根据本实用新型实施例的激光与成像同轴聚焦的成像系统，包括成像聚焦模块、第一光源模块、激光模块、第一分光片、第二分光片、激光聚焦模块以及载物台；所述成像聚焦模块用于采集加工画面；所述第一光源模块用于提供光源；所述激光模块用于产生激光；所述第一分光片设于所述第一光源模块的第一光源光路上，且所述第一分光片透射光路的延伸方向与所述成像聚焦模块成像光路的延伸方向相同；所述第二分光片设于所述激光模块的激光光路上，且所述第二分光片透射光路的延伸方向与所述第一分光片反射光路的延伸方向相同；所述激光聚焦模块的输入光路的延伸方向与所述第二分光片反射光路的延伸方向相同；所述载物台位于所述激光聚焦模块的输出光路上。

根据本实用新型的一些实施例，所述载物台正面的法向与所述激光聚焦模块输出光路所延伸的方向相反。

根据本实用新型的一些实施例，还包括用于提供光源的第二光源模块，所述载物台为玻璃平台，所述第二光源模块输出光路所延伸的方向与所述载物台背面的法向相反。

根据本实用新型的一些实施例，所述成像聚焦模块包括成像相机、聚焦单元和第一偏光片；所述聚焦单元的输入光路的延伸方向与所述成像相机成像光路的延伸方向相同；所述第一偏光片的输入光路的延伸方向与所述聚焦单元输出光路的延伸方向相同。

根据本实用新型的一些实施例，所述聚焦单元包括TV管镜，所述TV管镜的输入光路的延伸方向与所述成像相机成像光路的延伸方向相同，所述TV管镜的输出光路的延伸方向与所述第一偏光片输入光路的延伸方向相同。

根据本实用新型的一些实施例，所述聚焦单元包括TV管镜和变倍镜头；所述TV 管镜的输入光路的延伸方向与所述成像相机成像光路的延伸方向相同；所述变倍镜头的输入光路的延伸方向与所述TV管镜输出光路的延伸方向相同，所述变倍镜头的输出光路的延伸方向与所述第一偏光片输入光路的延伸方向相同。

根据本实用新型的一些实施例，所述激光聚焦模块包括加工镜头和微调平台；所述加工镜头的输入光路的延伸方向与所述第二分光片反射光路的延伸方向相同，所述加工镜头的输出光路朝所述载物台所在的方向延伸；所述微调平台用于固定所述加工镜头，且能够沿垂直于所述第二分光片反射光路的延伸方向调节所述加工镜头的位置。

根据本实用新型的一些实施例，所述激光聚焦模块还包括朝向所述载物台正面照射的第三光源。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一分光片的延伸方向与所述成像聚焦模块成像光路所延伸的方向呈45°。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二分光片的延伸方向与所述第一分光片反射光路所延伸的方向呈45°。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：配合第一分光板和第二分光板，可以将第一光源模块的第一光源光路、激光模块的激光光路和成像聚焦模块的成像光路实现同轴传输，此外，配合激光聚焦模块，能够聚焦激光模块的激光，进而实现对样品进行加工，本实用新型能够实现同时激光加工与成像采集，可以有效地提升了样品的加工效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例的激光与成像同轴聚焦的成像系统的光路原理示意图。

附图标记：

标号	名称	标号	名称
				100	成像聚焦模块	500	第二分光片
110	成像相机	600	激光聚焦模块
				120	聚焦单元	610	加工镜头
121	TV管镜	620	微调平台
				122	变倍镜头	630	第三光源
130	第一偏光片	700	载物台
				200	第一光源模块	800	第二光源模块
300	激光模块	810	第二光源
				400	第一分光片	820	第二偏光片

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1，根据本实用新型实施例的激光与成像同轴聚焦的成像系统，包括成像聚焦模块100、第一光源模块200、激光模块300、第一分光片400、第二分光片500、激光聚焦模块600以及载物台700；所述成像聚焦模块100用于采集加工画面；所述第一光源模块200用于提供光源；所述激光模块300用于产生激光；所述第一分光片 400设于所述第一光源模块200的第一光源光路上，且所述第一分光片400透射光路的延伸方向与所述成像聚焦模块100成像光路的延伸方向相同；所述第二分光片500 设于所述激光模块300的激光光路上，且所述第二分光片500透射光路的延伸方向与所述第一分光片400反射光路的延伸方向相同；所述激光聚焦模块600的输入光路的延伸方向与所述第二分光片500反射光路的延伸方向相同；所述载物台700位于所述激光聚焦模块600的输出光路上。

工作原理：配合第一分光片400，可以实现第一光源模块200的第一光源光路和成像聚焦模块100的成像光路同轴传输，由于第二分光片500设于所述激光模块300 的激光光路上，且第二分光片500所述第二分光片500透射光路的延伸方向与所述第一分光片400反射光路的延伸方向相同，因此能够将激光模块300的激光光路与成像聚焦模块100的成像光路实现同步传输，再配合激光聚焦模块600，能够将激光模块 300的激光聚焦到载物台700上的样品表面，进行加工，能够实现同时激光加工与成像采集，可以有效地提升样品的加工效率。

值得注意的是，由于光路的特殊性，光路可以经过不同类型的镜片实现反射、透射及折射而改变延伸方向，因此在本实施例中所提到的各种光路的延伸方向，除了原始的延伸方向、还包括经过不同类型镜片而改变的折射方向、透射方向及反射方向。如图1，激光模块300的激光光路原本是向左延伸，经过第二分光片500的折射后，则向下延伸，因此在本实施例中，激光模块300所延伸的方向则是：先向左延伸，经过第二分光片500的折射后，则向下延伸；若没有第二分光片500，则激光模块300 所延伸的方向则应只向左延伸。

其中，第一光源模块200可以采用第一光源，直接朝向第一分光片400照射，并经过反射，朝载物台700的方向照射，第一光源采用的是点光源，具体光源的颜色和亮度等，可以根据需求进行设置，而激光模块300则可以采用不同参数的激光器，根据需求，采用相应激光参数的激光器即可。

在本实用新型的一些实施例中，所述载物台700正面的法向与所述激光聚焦模块600输出光路所延伸的方向相反。法向所指的是一个面的法线方向，即垂直于该面的向量方向，本实施例中，载物台700正面的法向与所述激光聚焦模块600输出光路所延伸的方向相反，即在本实施例中，激光聚焦模块600的输出光路朝着载物台700的正面垂直入射。在本实施例中，当样品放置在载物台700的正面上时，第一光源模块 200可以给样品提供光源，便于成像聚焦模块100可以采集到样品清晰的画面，同时激光模块300也可以直接向载物台700上发射激光并实现激光加工，其中，本实施例中，载物台700的正面为载物台700朝上的面。

在本实用新型的一些实施例中，还包括用于提供光源的第二光源模块800，所述载物台700为玻璃平台，所述第二光源模块800输出光路所延伸的方向与所述载物台 700背面的法向相反。同上述所说的一致，法向所指的是一个面的法线方向，即垂直于该面的向量方向，本实施例中，载物台700背面的法向与第二光源模块800输出光路所延伸的方向相反，即在本实施例中，第二光源模块800输出光路朝着载物台700 的背面垂直入射。载物台700采用玻璃材质，同时增加第二光源模块800，可以提供穿过载物台700和样品的光源，能够进一步提升样品成像的清晰度，以提升样品的加工质量，在本实施例中，载物台700的背面为载物台700朝下的面。

在本实用新型的一些实施例中，第二光源模块800包括第二光源810和第二偏光片820，第二光源810的光源穿过第二偏光片820后，照射在载物台700的背面，同理第二偏光片820的偏光角度可以根据需求进行设置，根据需求，第二偏光片820的偏光角度还可以是45°、90°、120°、135°等，根据实际需求采用相应的偏光角的第二偏光片820即可，在本实施例中，第二偏光片820采用的是120°，则第二偏光片820能够在0～120°内进行旋转。

在本实用新型的一些实施例中，所述成像聚焦模块100包括成像相机110、聚焦单元120和第一偏光片130；所述聚焦单元120的输入光路的延伸方向与所述成像相机110成像光路的延伸方向相同；所述第一偏光片130的输入光路的延伸方向与所述聚焦单元120输出光路的延伸方向相同。其中，成像相机110可以根据样品像素要求选择不同参数的相机，能够实现连续成像，并上传至后台，而聚焦单元120则可以让可见光在成像相机110的感光芯片上实现聚焦，使画面清晰；而第一偏光片130可以将载物台700反射回成像相机110的可见光进行偏光，在偏光作用下，可以使样品的表面成像更清晰，其中，第一偏光片130的偏光角度可以根据需求进行设置，从而调整偏光角度。根据需求，第一偏光片130的偏光角度还可以是45°、90°、120°、 135°等，根据实际需求采用相应的偏光角的第一偏光片130即可。在本实施例中，第一偏光片130采用的是120°，则第一偏光片130能够在0～120°内进行旋转。

在本实用新型的一些实施例中，所述聚焦单元120包括TV管镜121，所述TV管镜121的输入光路的延伸方向与所述成像相机110成像光路的延伸方向相同，所述 TV管镜121的输出光路的延伸方向与所述第一偏光片130输入光路的延伸方向相同。采用TV管镜121，在本实施例中TV管镜121采用的是无限远光学矫正成像透镜，能够在不改变成像相机110和载物台700之间的距离情况下，直接改变倍率，则使可见光在成像相机110的感光芯片上实现聚焦，使画面变得清晰。

在本实用新型的一些实施例中，所述聚焦单元120包括TV管镜121和变倍镜头122；所述TV管镜121的输入光路的延伸方向与所述成像相机110成像光路的延伸方向相同；所述变倍镜头122的输入光路的延伸方向与所述TV管镜121输出光路的延伸方向相同，所述变倍镜头122的输出光路的延伸方向与所述第一偏光片130输入光路的延伸方向相同。TV管镜121可以配合不同型号的变倍镜头122配套使用，将可见光在成像相机110的感光芯片上聚焦，使画面清晰；其中，变倍镜头122可控制放大倍数，根据实际需求，在对应的参数范围内根据需求进行调整。

在本实用新型的一些实施例中，所述激光聚焦模块600包括加工镜头610和微调平台620；所述加工镜头610的输入光路的延伸方向与所述第二分光片500反射光路的延伸方向相同，所述加工镜头610的输出光路朝所述载物台700所在的方向延伸；所述微调平台620用于固定所述加工镜头610，且能够沿垂直于所述第二分光片500 反射光路的延伸方向调节所述加工镜头610的位置。在本实施例中，微调平台620能够使加工镜头610在左右方向所在的水平方向上水平移动正负20mm，而加工镜头610 采用的是无限远共轭激光加工镜头，即远场校正物镜，可以使激光在在加工镜头610 的焦点位置聚焦，对载物台700上的样品进行加工，而样品反射的可见光，则可以穿过加工镜头610后变为平行光，再依次进入变倍镜头122和TV管镜121，最后在成像相机110的感光芯片上聚焦成像，根据视野成像明暗差，计算视野中心距离X和方向，通过调节微调平台620，使加工镜头610沿对应的方向移动X距离，则可以令激光光路和成像光路中心保持一致。值得注意的是，微调平台620能够调节的范围还可以是正负25mm、正负15mm、正负10mm。可以根据实际的需求采用对应参数的微调平台620即可。

其中，值得注意的是，搭配不同参数的变倍镜头122和加工镜头610，可以使成像相机110实现不同倍数视野的缩小或放大，本实施例中，变倍镜头122配合加工镜头610可以实现0.5～150倍视野缩小或放大。当加工镜头610为8倍，变倍镜头122 为0.6～7.2倍时，那么实际视野缩小或放大范围为4.8倍～57.6倍。

在本实用新型的一些实施例中，所述激光聚焦模块600还包括朝向所述载物台700正面照射的第三光源630。设置第三光源630，可以使样品的边缘在成像时更加清晰，具体地，在本实施例中，第三光源630呈环形状设置在加工镜头610的周边，当通过微调平台620调整加工镜头610的位置时，则第三光源630则会同步随着加工镜头610的位置转移，进而能够确保光源始终朝向载物台700上的样品边缘。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一分光片400的延伸方向与所述成像聚焦模块100成像光路所延伸的方向呈45°。其中，第一分光片400的角度可以根据第一光源模块200的光源光路和成像聚焦模块100的成像光路的之间的位置进行调整，从而使成像光路和光源光路能够处于同轴方向即可，具体角度的调整，可以根据实际的情况进行设置。如在本实施例中，成像聚焦模块100的成像光路是向下延伸，而第一光源模块200的光源光路是向右延伸，为了成像光路与光源光路实现同轴传输，则可以将第一分光片400设于成像光路上，且第一分光片400与左右方向之间的夹角呈 45°夹角。

在本实用新型的一些实施例中，所述第二分光片500的延伸方向与所述第一分光片400反射光路所延伸的方向呈45°。其中，第二分光片500的角度可以根据激光模块300的激光光路和成像聚焦模块100的成像光路的之间的位置进行调整，从而使成像光路和激光光路能够处于同轴方向即可，具体角度的调整，可以根据实际的情况进行设置。如在本实施例中，成像聚焦模块100的成像光路是向下延伸，而激光光路是向左延伸，为了成像光路与光源光路实现同轴传输，则可以将第二分光片500设于成像光路上，且第二分光片500与左右方向之间的夹角呈45°夹角。

其中，可以想到的是，第一分光片400和第二分光片500设置的角度位置具体可以根据实际光路相对的位置进行调整，只要第一分光片400能够使成像光路和光源光路能够处于同轴方向，第二分光片500能够使成像光路和激光光路能够处于同轴方向即可。

根据本实用新型的实施例，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果，配合第一分光板和第二分光板，可以将第一光源模块200的第一光源光路、激光模块300 的激光光路和成像聚焦模块100的成像光路实现同轴传输，此外，配合激光聚焦模块 600，能够聚焦激光模块300的激光，进而实现对样品进行加工，本实用新型能够实现同时激光加工与成像采集，可以有效地提升了样品的加工效率。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于，包括：

成像聚焦模块(100)，用于采集加工画面；

第一光源模块(200)，用于提供光源；

激光模块(300)，用于产生激光；

第一分光片(400)，设于所述第一光源模块(200)的第一光源光路上，且所述第一分光片(400)透射光路的延伸方向与所述成像聚焦模块(100)成像光路的延伸方向相同；

第二分光片(500)，设于所述激光模块(300)的激光光路上，且所述第二分光片(500)透射光路的延伸方向与所述第一分光片(400)反射光路的延伸方向相同；

激光聚焦模块(600)，输入光路的延伸方向与所述第二分光片(500)反射光路的延伸方向相同；

载物台(700)，位于所述激光聚焦模块(600)的输出光路上。

2.根据权利要求1所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述载物台(700)正面的法向与所述激光聚焦模块(600)输出光路所延伸的方向相反。

3.根据权利要求1或2任一项所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：还包括用于提供光源的第二光源模块(800)，所述载物台(700)为玻璃平台，所述第二光源模块(800)输出光路所延伸的方向与所述载物台(700)背面的法向相反。

4.根据权利要求1所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述成像聚焦模块(100)包括：

成像相机(110)；

聚焦单元(120)，输入光路的延伸方向与所述成像相机(110)成像光路的延伸方向相同；

第一偏光片(130)，输入光路的延伸方向与所述聚焦单元(120)输出光路的延伸方向相同。

5.根据权利要求4所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述聚焦单元(120)包括TV管镜(121)，所述TV管镜(121)的输入光路的延伸方向与所述成像相机(110)成像光路的延伸方向相同，所述TV管镜(121)的输出光路的延伸方向与所述第一偏光片(130)输入光路的延伸方向相同。

6.根据权利要求4所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述聚焦单元(120)包括：

TV管镜(121)，输入光路的延伸方向与所述成像相机(110)成像光路的延伸方向相同；

变倍镜头(122)，输入光路的延伸方向与所述TV管镜(121)输出光路的延伸方向相同，输出光路的延伸方向与所述第一偏光片(130)输入光路的延伸方向相同。

7.根据权利要求1所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述激光聚焦模块(600)包括：

加工镜头(610)，输入光路的延伸方向与所述第二分光片(500)反射光路的延伸方向相同，输出光路朝所述载物台(700)所在的方向延伸；

微调平台(620)，用于固定所述加工镜头(610)，且能够沿垂直于所述第二分光片(500)反射光路的延伸方向调节所述加工镜头(610)的位置。

8.根据权利要求7所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述激光聚焦模块(600)还包括朝向所述载物台(700)正面照射的第三光源(630)。

9.根据权利要求1所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述第一分光片(400)的延伸方向与所述成像聚焦模块(100)成像光路所延伸的方向呈45°。

10.根据权利要求1所述的激光与成像同轴聚焦的成像系统，其特征在于：所述第二分光片(500)的延伸方向与所述第一分光片(400)反射光路所延伸的方向呈45°。

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